第12章 共射极放大电路

第一节共发射极单管放大电路第十二章放大电路与集成运算放大器一、放大电路的概念及分类1．放大电路的用途放大电路是自动控制、信号检测、通信等电子设备中最基本的组成部分。如图所示扩音系统的四个主要组成部分。一、放大电路的概念及分类（1）传感器（麦克风），将声音转换成相应的电压信号。（2）放大器，将麦克风输出的微弱电压信号放大到所需要的值。（3）再生器（扬声器），将放大后的电信号转换成声音。（4）电源，提供放大器工作所需要的直流电压。一、放大电路的概念及分类输入端：加入需要放大的信号。2．什么是放大电路同时满足以下两个条件的电路：（1）输出信号的功率大于输入信号的功率。（2）输出信号波形与输入信号波形相同（不失真）。用框图表示：输出端：得到放大的输出信号。组成：一个放大电路必须含有晶体管（或电子管）这样的器件，同时还包含电阻、电感、变压器等元器件。一、放大电路的概念及分类（1）按放大器的频率高低分3．放大器的分类高频放大器低频放大器直流放大器（2）按被放大信号的类型分（3）按放大信号的强弱分功率放大器电压放大器电流放大器大信号放大器小信号放大器一、放大电路的概念及分类（5）按元器件的集成化程度分（4）按晶体管连接方式分共集电极放大器共基极放大器共发射极放大器集成电路放大器分立元件放大器一、放大电路的概念及分类二、共发射极放大电路共发射极单管放大器又称单极低频小信号放大电路。它是最基本的放大电路，也是复杂电子电路的基础。工作频率：20Hz~20kHz的低频范围内。适用范围：用于放大较小的电流、电压。二、共发射极放大电路1．电路结构如图所示为单管共发射极放大电路分析各元器件的作用：二、共发射极放大电路①晶体管V：工作在放大状态，起电流放大作用。②基极电阻Rb：又称偏置电阻，与电源电压配合为晶体管提供一个合适的基极电流IB（又称偏流），保证晶体管工作在合适的状态。它的取值范围在几十千欧到几百千欧。③集电极电阻Rc：又称集电极负载电阻，作用是把晶体管的电流放大转换为电压的放大。它的取值范围一般在几千到几十千欧。二、共发射极放大电路④耦合电容C1和C2：又称隔直通交电容，起到隔直流通交流的作用。交流信号从C1输入经过放大后从C2输出，同时C1把晶体管的输入端与信号源之间，C2把输出端和负载之间的直流通路隔断。一般选用电解电容，使用时注意区分其极性。⑤集电极电源E：作用一是给晶体管一个合适的工作状态（保证发射结正偏，集电结反偏），二是为放大电路提供能源。二、共发射极放大电路1．静态工作点的建立晶体管工作在放大状态条件：发射结加正偏电压，集电结加反偏电压，并且各极都有合适的直流电流和直流电压。（1）静态:当放大电路无交流信号输入时，此时的直流状态称为静态，如图（b）所示。二、共发射极放大电路d的工作原理：(2)静态工作点:放大电路交流信号输入为0时，这时晶体管的直流电压：UBE、UCE和对应的直流电流IB、IC统称为静态工作点Q，通常写成UBEQ、UCEQ、IBQ、ICQ。（3）直流通路：所示是放大电路的直流通路，由于耦合电容的作用，直流只在直流通路内流动，所以将耦合电容C1、C2看作断路的部分去掉，剩下的即为直流通路。二、共发射极放大电路（4）静态工作点的计算bEbBEQEBQRURUUIUBEQ取值，硅管为0.7V，锗管为0.3V。因为UBEQUE，所以EBEQEUUU由晶体管的放大原理有：CQcECEIRUU再根据直流通路可得BQCQII二、共发射极放大电路[例1]在下图中，设UE=12V，Rb=200k，Rc=2.4k，=50，试计算静态工作点。解：根据静态工作点计算公式μA60A1020012b3bEbBEQERURUUImA3μA6050BQCQII二、共发射极放大电路33CEQEcCQ(122.410310)V4.8VUURI[例2]在上题中，若设UE=12V，Rc=2k，=50，要求ICQ=4mA；问偏流电阻Rb取值多大？解：则kΩ150Ω1080126BQEbIUR二、共发射极放大电路3CQBQ410A80μA50II（2）静态工作点设置的意义和调整方法①意义：静态工作点合适与否关系到信号被放大后是否会出现波形失真。Q点设置过低，IBQ太小，晶体管进入截止区，造成截止失真。Q点设置过高，IBQ太大，晶体管进入饱和区，造成饱和失真。②调整方法：将放大器的输入端断路，使电路无信号输入，保持电源电压UE不变，调整偏置电阻Rb的阻值，用万用表测量集电极电流IC，使其达到技术要求。二、共发射极放大电路三、动态工作情况：放大电路如图所示。输入交流信号ui经过耦合电容C1加到三极管基极b和发射极e之间与静态基极直流电压UBEQ叠加得：iBEQBEuUu式中UBEQ为直流分量，ui为交流分量。三、放大电路的工作原理ceCEQCEuUu加上交流信号后，电路中所有的量都是交流和直流叠加：cCQBBQbBQBC)(iIiIiIiibBQBiIi三、放大电路的工作原理iBEQBEuUu四、静点工作点的选择与波形失真当放大电路静态工作点设置不得当时，会造成放大电路的波形失真，本节通过实验来观察波形失真的现象。（一）操作1．框图：单管共发射极放大电路：电路如下图所示。输出端：接入一台双踪示波器。信号源：低频信号发生器，产生1~20kHz的正弦波信号加到放大器的输入端。2．连接：将输入、输出端信号分量接示波器的YA、YB端，经过调整后，便可看到示波器显示的输入信号和输出信号波形，如图所示波形。（1）由于静态工作点已经调整适当，此时观察到的波形图并无失真。3．现象：（2）通过两个信号输入调节旋钮YA和YB上标示的电压刻度（V/格）以及荧光屏上的波形幅度可以测出输入电压和输出电压的幅值，并可以算出放大器的电压放大倍数。（3）两波形的相位相差为180，这是单管发射极放大电路的倒相作用。（二）分析1．截止失真（1）现象工作点设置太低，三极管进入截止区——这就是截止失真，如图所示。（2）原因Rb阻值过大后，Q点降低，UBEO、IBQ减小，在输入信号负半周时，晶体管工作在截止区，使IB=0，IC0，输出电压近似等于电源电压，保持不变，所以出现平顶。Rb越大，IB=0的时间越长，平顶期越长。2．饱和失真（1）现象工作点设置太高，三极管进入饱和区——这就是饱和失真，如图所示。（2）原因Rb过小后，Q点升高，UBEQ和IBQ增大，输入信号的正半周期时，因为iB增大，使晶体管进入饱和区，当iC=ICES后，iC不再增大，同时输出电压等于晶体管的饱和压降UCES，不再下降，所以输出波形的下方出现平顶。结论（1）共发射极单管放大电路的输出波形的正半周（波形上半周）出现平顶，是截止失真；若输出波形的负半周（即波形下半部）出现平顶，是饱和失真。（2）出现失真的原因：Q点设置不当，应调整放大管基极偏置电阻，使静态工作点处于适当的位置。3．双向失真（1）现象Rb适中，输出波形无失真，增大信号源的电压幅度，使放大器的输入信号增大，这时输出电压信号波形的上、下部分都出现平顶，同时产生了饱和失真和截止失真——称为双向失真，如图所示。（2）原因输入信号的电压幅度太大，在信号的正半周造成饱和失真，负半周造成截止失真。（3）解决办法：①降低输入信号的电压幅值。②将放大电路的电源电压增大，再调节Rb建立适当的静态工作点Q，便可消除双向失真。最佳工作点：静态工作点设置合适，随输入信号变化，输出信号正负半周都能达到最大值而不失真，这个点就是电路的最佳工作点。基本放大电路的直流通路与交流通路：五、放大电路交流参数放大电路的输入端需与信号源连接，输出端与负载连接。因此，放大电路与信号源、负载之间是相互影响相互联系的。1．输入电阻Ri（1）等效电路如图所示，将放大器看作信号源负载，它是与信号源输出电阻串联的，因此，放大器输入电阻相当于信号源的负载电阻。从放大电路输入端看进去的交流等效电阻Ri。（2）定义（3）讨论输入电阻越大越好，以减小对信号源的影响。2．输出电阻（1）等效电路如图所示，放大电路对于负载RL来说相当于一个信号源。（2）定义断开负载，从放大电路的输出端看进去，放大电路就相当于一个内阻为Ro和电动势为Eo的等效电源，这个内阻Ro就是放大电路的输出电阻。（3）讨论放大电路的输出电阻Ro越小，放大器带负载的能力越强。即使是阻值较小的RL，也能得到较大的输出电压Uo和较大的输出电流Io。所以放大电路的输出电阻越小越好。（4）计算coRR五、放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻3．电压放大倍数Ao（1）定义输出电压变化量（即交流成分）uo或有效值Uo与输入电压变化量（也是交流成分）ui或有效值Ui之比，即（2）意义iooioo//UUAuuA或为反映放大电路放大能力的重要参数。（3）讨论随输出端负载情况而改变，空载时Ao最大，带载下降，而且负载越小Ao会越小。五、放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻4．小结（1）Ri、Ro、Ao统称放大电路的外部特性，这些参数在工程上具有重要的意义。（2）放大电路根据组成可以分为单级的、多级的；从放大元件上看可以是晶体管、场效应管或集成电路，虽然种类繁多，但均可通过上述参数对外等效来测量。（3）应用工程上，放大电路主要用于对信号进行放大处理，从而实现各种工程控制。放大电路的信号源和输出负载之间有一定的相互作用和影响，这是设计过程中必要考虑的因素。五、放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻